遗传学-第四章-性别决定与伴性遗传

深圳大学生命科学学院遗传学Genetics4.1性别决定4.2伴性遗传4.3性别分化第四章性别决定与伴性遗传4.1性别决定4.1.1遗传型性别决定类型4.1.2环境决定性别类型4.1.1遗传型性别决定类型性别决定是指雌雄异性的动物决定性别的方式。一般而言，性别是由染色体决定的。染色体分为两类：一类是与性别决定无关的染色体称为常染色体，另一类是与性别决定有关的染色体为性染色体。遗传型性别决定类型（也称基因决定型）是指子代的性别是通过受精作用来决定的一种机制，不受外界环境的影响。常见种类：1性染色体决定性别（1）XY型（2）ZW型（3）XO型雄性为异配子性XY:哺乳动物、线虫、软体动物、棘皮动物、大多数节肢动物以及雌雄异株植物ZW型雌性为异配子性ZWXO型有的动物如蝗虫、蟑螂等的性别决定属于这种形式。雄性比雌性少一条染色体，即只有一条决定性别的染色体；雌性带有两条X染色体。在形成配子时，精子有两种，带X的和不带X的。含X染色体的精子与卵受精，将来发育成雌性个体（XX），不含X染色体的精子与卵受精，将来发育成雄性个体（XO）。蝗虫和蟑螂的性别决定除了跟性染色体有关外，还与常染色体上决定性别的基因有关.X0型型性别决定的形式与其他的xo染色体不同。XO型的蝗虫或蟑螂是雄性可育个体。人类中的XO为女性不育个体。果蝇中的XO个体为雄性不育个体。2性指数决定性别果蝇也有XY染色体，但其性别不取决于Y染色体是否存在，而取决于性指数，即X染色体与常染色体组数的比值。果蝇的性别是由X染色体的雌性决定因子同常染色体的雄性决定因子之间的平衡关系所决定。2A表示具有两套常染色体性指数为0.5（如X/2A,2X/4A）时，果蝇为雄性；性指数为1（如2X/2A,3X/3A）时，果蝇为雌性；性指数介于0.5-1之间，果蝇为雌雄兼性；性指数0.5(如1X/3A)，果蝇为超雄；性指数1(如3X/2A)，果蝇为超雌；在二倍体细胞中，只有一条X染色体又分为两种情况：有X的同源染色体Y的个体(XY)，是可育的雄果蝇。没有X的同源染色体Y的个体(XO)，是不育的雄果蝇。大多数的生物，如：昆虫X:ADiploid－Haploid两栖类zz/zwxx/xy鸟类zz/zw哺乳类xx/xy3染色体组的倍性决定性别蜜蜂、蚂蚁等膜翅目昆虫的性别比较特殊，其性别决定于卵细胞是否受精。雄性蜜蜂是由未受精的卵孤雌生殖发育而成，只具有单倍体的染色体数（n=16）；雌蜂由受精卵发育而成，具有二倍体染色体数（n=32）。蜜蜂二倍体雌体的减数分裂行为正常，产生单倍体卵，而雄体的减数分裂特殊，减数第一次分裂产生单极纺锤体，染色体全部向一极移动，第二次分裂正常，形成单倍体精子。二倍体2n＝32雌蜂单倍体n＝16雄蜂4.1.2环境决定性别类型环境决定型：卵细胞受精后，其子代性别由环境中的因子作用来决定（例如卵周围的温度、湿度、pH、激素等）1爬行类的温度决定性别某些两栖类、鱼类、蛇、蜥蜴、龟鳖、鳄鱼卵在孵化时会因为温度的不同而决定子代的性别。不同温度下孵化的扬子鳄性别比不同在摄氏29度至摄氏32度之间，雌雄比相等；在摄氏34.5可获全部雄性；在摄氏26度至摄氏27.5度之间则大部分为雌性。不同温度下龟鳖卵的孵化低于28度，孵化的小鳖都是雄性；高于32度，孵化的小鳖均是雌性；28～32度，同时孵化出雌性个体和雄性个体。温度决定性别的利与弊有利的是可使一个物种的性别不是1:1，从而促进了有性生殖。例如，鳄鱼的性别可达10雌:1雄。温度决定性别有利于人类对某些濒危物种的人工繁育。例如通过调节鳄卵孵化温度，完全可以控制人工繁育扬子鳄的性别比例。温度决定性别不利于物种的生存，因为使物种得以生存的温度范围变得很窄。例如，当局部地区或全球性的温度升高，气温变暖时，就可能造成物种在某个地区灭绝，因为在那种温度下只可能孵化出一种性别的个体。有人曾推测恐龙也许是温度依赖的性别决定，因此恐龙的灭绝可能是由于地球上温度的变化，造成了恐龙卵只能孵化出一种性别的个体所致。2后螠的位置决定性别海生蠕虫后螠（Bonelliaviridis）的雌虫大，宽10cm,口吻长；雄虫很小1～3mm。这种虫的性别决定很偶然，成熟的后螠在海里产卵，卵发育成幼虫，它们不具有性别。落到海底的幼虫发育为雌虫，落到雌虫吻部的发育为雄虫，落在海水中发育为中性，若把雌虫吻上的幼虫取下，它就成为中性，而雄性的程度由在雌虫吻部停留时间决定。该雌虫的吻上有一种类似激素的化学物质，它有力地影响着幼虫的性分化。海生蠕虫――沙蚕(Platynereisdumerilii)其它鱼类中多半无染色体性决定机制。有些物种至今仍无法确定其性别是如何决定的。4.2伴性遗传4.2.1X连锁遗传4.2.2Y连锁遗传4.2.3鸟类的伴性遗传4.2.4植物的伴性遗传4.2.5从性遗传和限性遗传4.2.1X连锁遗传果蝇的X连锁：红眼白眼人类的X连锁：X连锁隐性遗传（甲型血友病、色盲）X连锁显性遗传（抗维生素佝偻病）脆性X染色体综合征X隐性遗传病例子目前已发现300多种X连锁隐性遗传病。自毁容貌综合征一种严重的神经学特征自身毁伤行为遗传病。患者2－3岁时开始强制性咬自己的手指、嘴唇和口腔粘膜，感觉疼痛又不能控制自己的行为，会侵袭他人，需捆绑双手或拔掉牙齿。红绿色盲（男性发生率7％，女性发病率0.5％）XbYXBXB儿子全部正常女儿全为携带者XBXbXBY儿子一半正常，一半是患者；女儿一半正常，一半是携带者XBXbXbY女儿一半发病一半是携带者；儿子一半正常一半是患者X显性遗传病例子抗维生素D性佝偻病：一种以低磷酸血症导致骨发育障碍为特征的遗传性骨病。患者的肾小管对磷的重吸收，造成尿磷增加，血磷减少，影响骨质钙化引起佝偻病。该病的致病基因已被克隆，基因的缺失和单个碱基置换是导致疾病的原因。XHYXhXh所生子女中，男孩全部正常，女儿全部发病。XHXhXhY所生子女，正常与患者均各占1/2脆性X染色体综合征一种主要表现为智力低下的染色体病，患者的外周血淋巴细胞在低叶酸的培养条件下，出现脆性X染色体（frax）。frax是在Xq27和Xq28带的交界处具有细丝样部位或裂隙，而使其长臂末端呈现随体样结构，该部位易断裂，称为脆性部位，可遗传。男性患者的fraX来自杂合体的母亲。有的fraX女性携带者表现出轻度的智力低下。核型：46，fraX（q27）YFraX综合征：男性患者的主要临床症状：重度智力低下，语言障碍，性格孤僻。特殊面容—长脸、方额、前额突出、大耳朵、下颌大并前突、巩膜呈淡蓝色，青春期后发育成大睾丸。脆性X发病机制近年已发现X染色体的脆性位点Xq27.3存在致病基因FMR-1，全长38kb。该基因5‘端的不翻译区有一段不稳定的（CGG）重复序列，正常个体，重复序列约30个拷贝，患者拷贝高达230。CGG重复序列上游250bp处的CpG岛被甲基化，引起FMR-1及相邻基因关闭，称为全突变。前突变：CGG拷贝数50-160，未甲基化，症状轻微。前突变为130～150，全突变为230～750。DNA碱基上添入甲基基团的化学修饰现象。高等生物中的甲基化主要是多核苷酸链的CpG岛上胞嘧啶的5位碳原子，生成m5CpG。DNA的不同甲基化状态(过甲基化与去甲基化)与基因的活性和功能有关。甲基化可导致基因转录被抑制4.2.2Y连锁遗传Y连锁遗传只在男性个体中表现，又称为限雄遗传。该类遗传病仅有10多种，例如外耳道多毛症。了解4.2.3鸟类的伴性遗传鸡的芦花羽毛颜色的遗传，其规律与果蝇的眼色遗传相同，不同的是鸟类雌性为异配性别（ZW），雄性为同配性别（ZZ）。了解4.2.4植物的伴性遗传少数植物有异形性染色体的分化。例如女娄菜（p80）。了解4.2.5从性遗传和限性遗传从性遗传：控制性状的基因位于常染色体上，在表型上受性别影响而出现男女分布比例或表现程度上的差异的遗传方式。例如遗传性早秃常染色体遗传病，从头顶中心向周围扩展的进行性对称脱发，一般35岁左右开始，男性显著多于女性。男性杂合子（Bb）即出现早秃。女性杂合子不早秃，纯合子（BB）才出现早秃。秃顶基因是否表达还受到雄性激素的影响，若女性带有秃顶基因，体内雄激素水平又较高，则表现为秃顶。限性遗传：一种遗传性状或遗传病的致病基因位于常染色体或性染色体上，其性质可以是显性或隐性，但由于性别限制，只在一种性别中得以表现，在另一种性别中完全不体现，但这些基因均可向后代传递的遗传方式。例如子宫阴道积水：由常染色体隐性基因决定，女性纯合子表现症状，男性有这种基因但并不能表现该性状。4.3性别分化4.3.1剂量补偿效应4.3.2果蝇的性别分化4.3.3哺乳动物的性别分化4.3.4环境条件与性别分化4.3.1剂量补偿效应剂量补偿效应，英文名是dosagecompensation。使细胞核中具有两份或两份以上基因的个体和只有一份基因的个体出现相同表型的遗传效应。一个细胞核中某一基因的数目称为基因剂量。在以性染色体决定性别的动物中，常染色体上的基因剂量并无差别，因为雌雄两性动物的常染色体的形态和数目都相同。但是对于性染色体来讲，包括人类在内的哺乳动物雌性个体的每一体细胞中有两条X染色体，所以在X染色体上的基因剂量有两份，而雄性个体只有一条X染色体，基因剂量只有一份。人类中随机失活的那条X染色体，凝缩为X染色质，称为巴氏小体。剂量补偿效应广泛存在于生物界，其现象复杂,机制各异。而且当两个X染色体中有一个失活时，也并不是全部基因都失活。例如Xg血型基因和类固醇硫酸酯酶基因虽是X连锁基因,但并不失活。目前认为失活是从一个失活中心开始的，其位置很可能在X染色体长臂邻近着丝粒部位。有袋类动物的雌性个体细胞中，来自雌性亲本的X染色体有一个敏感区,它产生少许起控制作用的物质，这物质和同一条X染色体上的毗邻的受体相结合，能使该条X染色体不发生异固缩,保持不失活状态。但来源于雄性亲本的X染色体的相应部位没有,因而总是它发生异固缩而失活。有胎盘的哺乳动物和有袋类不同，敏感区不在X染色体上而是在常染色体上。敏感区产生的控制物质随机地和雄性或雌性亲本来源的X染色体上的受体结合，使相应的X染色体保持不失活状态。4.3.2果蝇的性别分化X：A的比值是决定果蝇性别的第一步。这里涉及一系列基因和基因间的“级联”反应。X：A高比值时，雌性化基因--sxl基因在卵受精后最初2h内被激活，使胚胎启动朝向雌性发育的途径；XX胚胎中如果sxl基因失去功能，则胚胎出现雄性表型。果蝇Sxl性别决定开关X：A低比值时（＝0.5），在胚胎发育早期sxl基因是失活的。雄性胚胎由于发育早期时sxl基因失活，所以没有Sxl蛋白质，于是后期转录后新合成的sxl转录物被加工处理成雄性胚胎的SxlmRNA。不同性别胚胎的SxlmRNA是不同的。Sxl蛋白质可与SxlmRNA的前体结合，将其剪接成雌性胚胎的SxlmRNA。性别决定的“级联”反应中sxl基因的下游还有其他基因如tra、dsx等。如果x：A的比值为1，则sxl基因生成雌性专一的转录物，使tra基因的转录物也剪接成雌性专一的，它的蛋白质产物与tra-2相互作用，使dsx的mRNA前体剪接成雌性专一的mRNA。如果dsax转录物不按这种方式剪接，就产生另一种雄性专一的mRNA。Exon2Exon1Exon3Exon4Exon5Dsax转录物的可变性剪接拼接形式2（剪去外显子4）发育为雄性拼接形式1（保留外显子4）发育为雌性成熟mRNA成熟mRNA5’3’胚胎发育早期未分化的性腺是中性的。性腺外部皮质内部髓质发育为雄性生殖腺（睾丸）XY染色体发育为雌性生殖腺（卵巢）XX染色体XXY型染色体，皮质、髓质同时发育。4.3.3哺乳动物的性别分化第12周雄性生殖腺分泌雄性激素，调节性别分化，形成男性外生殖器和第二性征。雌性生殖腺分泌雌性激素，同上。Y染色体的睾丸决定基因Y染色体短臂上的睾丸决定因子(TDF)在性别分化中起关键作用。凡